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氟塑料PTFE、FEP、ETFE、PFA的電氣性能：介電常數(shù)/介電損耗、電擊穿、介電阻抗等【圖文講解大金氟樹脂的電氣特性】

來源: | 作者:shjinfu | 發(fā)布時間: 2024-10-06 | 205 次瀏覽 | 分享到:

上海勁孚化工科技有限公司

yueqingwang.cn（上海勁孚化工科技 021-57629631）--亞太地區(qū)(氟)化工原料與特種新材料專業(yè)供應商。

公司致力于氟樹脂工業(yè)與其他特種新材料產(chǎn)業(yè)的前沿技術與銷售，目前主要經(jīng)營氟塑料（PTFE/FEP/PFA/ETFE/PVDF等）、色母、氟涂料、PEEK、芳綸、碳纖維、玻璃纖維、功能性化學品及其他特種新材料。

一：大金氟塑料PTFE優(yōu)異的電氣絕緣性

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大金PTFE電氣性質(zhì)說明

介電特性（介電常數(shù)/介電損耗）	①大金PTFE的非極性結(jié)構，使其具有較小的介電常數(shù)（約2.1），及非常小的介電損耗（不超過10^-4）以及優(yōu)異的高頻特性。。 ②介電常數(shù)在室溫轉(zhuǎn)變點(19℃和30℃)附近會突然發(fā)生變化。另外，聚合結(jié)束時殘留的觸媒及痕量雜質(zhì)，在低溫下也會輕微影響介電損耗。 ③當大金PTFE用作支撐絕緣體時，通常會添加填料以增強其機械強度。此時呈現(xiàn)復合介電體特性，在低頻區(qū)，大金Polyflon PTFE的介電常數(shù)和介電損耗會增加，尤其在吸水和潮濕時，增加的趨勢更明顯，必須注意。
介電強度（電擊穿）	大金PTFE的電擊穿強度受成型加工條件的影響很大。大金 PTFE絕緣膜一般通過車削圓柱狀成型品得到。成型過程中的結(jié)晶度和空隙率以及車削時的表面劃痕等都會影響電擊穿強度。
介電阻抗	PTFE在室溫下具有很高的體積電阻和表面電阻。
耐電弧性	大金PTFE受電弧作用分解變成低級的碳氟化合物并揮發(fā)，不會留下碳等導電痕跡。

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大金PTFE的介電常數(shù)、介電損耗

以下圖1和圖2 均采用日本產(chǎn)大金PTFE：型號M-12材料，做介電特性圖解：

[圖1：大金PTFE的介電常數(shù)--頻率特性(23℃)]

[圖2：左圖為大金PTFE的介電常數(shù)--溫度特性(頻率100Hz)；右邊圖為大金PTFE的介電損耗--溫度特性]

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大金PTFE的介電強度

A:瞬間擊穿

60Hz交流電

①高分子量的PTFE的電擊穿強度不受結(jié)晶化度(40-80%)的影響，在低分子量條件下，當結(jié)晶化度相對較低時，電擊穿強度會輕微下降。。

②空隙的存在會明顯降低PTFE的電擊穿強度。對于車削成的絕緣膜，介電擊穿強度會由于內(nèi)部應力降低。當混入灰塵和其他雜質(zhì)時電擊穿強度也會降低。

③圖3表明電擊穿強度隨溫度的變化。從圖中可以明顯看出，隨著溫度的升高，電擊穿強度逐漸降低。

④室溫條件下的電擊穿強度和膜厚成正比，比例為厚度的0.4~0.6次方。低溫條件下電擊穿強度為厚度的一次方。

直流電

直流電條件下，PTFE絕緣效應明顯增強。即使不對電極周邊特別考慮，與交流電相比，擊穿電壓也會增加，并且電擊穿強度與厚度成正比。

[圖3：大金PTFE的介電擊穿強度和溫度之間的關系]

B:長時間擊穿--耐電暈性。

在此多一嘴、插一句概念定義，以便大家對電暈和電弧的理解。電弧是電極之間或電極與其它物體之間發(fā)生的放電現(xiàn)象，電弧發(fā)生位置發(fā)生在電極之間或電極與其它物體之間；電暈是氣體環(huán)境中產(chǎn)生的一種電氣放電現(xiàn)象，電暈發(fā)生位置發(fā)生在導體表面附近的空氣中。

可以產(chǎn)生電暈的條件下長時間施加電壓，擊穿電壓明顯降低。因為PTFE的氟原子具有高電負性，因此很容易被1~2eV的低能電子電離并開始分解。

空隙的存在會降低耐電暈性，如果減少空隙可以改善耐電暈性并延遲介電擊穿。

圖4表明不同PTPE膜厚下，電暈產(chǎn)生或消失時的電壓值。在圖中直線以上的電壓會出現(xiàn)電暈破壞，因此必須在直線以下的電壓條件下使用PTFE。從圖4可以有公式可以計算出：電暈產(chǎn)生電壓和電暈消除電壓（具體可來咨詢上海勁孚化工技術組）。

[圖4：大金PTFE的電暈特性]

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大金PTFE的介電阻抗

A:體積電阻

PTFE在室溫下具有很高的體積電阻，即使是在200℃的高溫條件下，也會超過10¹⁷Ω·cm.作為絕緣材料，PTFE具有優(yōu)異的體積電阻和耐熱性（圖5）

[圖5：大金PTFE的體積電阻和溫度的關系]

B:表面電阻

PTFE具有很高的表面電阻，即使是在潮濕的條件下，其潔凈表面也有約10¹⁵Ω的表面電阻。但是，如果表面被離子化合物等污染，這一值就會降低。

PTFE很容易通過摩擦帶電。應當注意因摩擦產(chǎn)生電荷吸引灰塵、水汽等，從而降低表面電阻。清潔PTFE表面時，可以使用浸過非離子型水溶性表面活性劑的布擦拭，然后用丙酮或氟素溶劑清洗并晾干。

二：大金熔融氟樹脂F(xiàn)EP優(yōu)異的電氣絕緣性

FEP的螺旋狀的(-CF2-CF2-)主鏈上有-CF3基團，與PTFE相比，就是-CF3基團取代了-F。因此，F(xiàn)EP并不是完全的非極性結(jié)構，但是電氣特性與PTFE相似。

介電特性（介電常數(shù)/介電損耗）

①與PTFE相近，不同的是其在接近室溫時并無轉(zhuǎn)移點（見圖6左圖）。

②在高溫區(qū)與PTFE略有不同，不過仍具有10^-4的優(yōu)異的高頻特性（見圖6右圖）。

近年來在通信領域(特別是今年2024年高速線火爆)，由于接收和傳輸?shù)男畔⒘坎粩嘣龃?，常常選擇介電損耗低的材料。為滿足上述需求，大金開發(fā)了NP-3180和NP-1105,其介電損耗為4×10^-4（常溫，2.45GHz),該值只有常規(guī)FEP的1/3。

耐電壓性

FEP的耐電壓特性接近PTFE,不過FEP能夠熔融擠出成型。與PTFE相比，F(xiàn)EP制成的絕緣薄膜穩(wěn)定性好，更不容易受到加工損傷，結(jié)晶化度和空隙率的影響。（見圖8）

介電阻抗（體積電阻率、表面電阻率）

體積電阻率：即使在接近170℃的高溫下，F(xiàn)EP的體積電阻率也能達到或超過10¹⁷Ω,是極好的耐高溫絕緣材料（見圖8）。

表面電阻率極大，潔凈表面的電阻可高達10¹⁵Ω或以上。但是，如果表面受離子物質(zhì)污染，表面電阻率將降低。此外，由于FEP極易帶電，所以要格外注意其吸附灰塵、水分等，而導致表面電阻率的降低。

[圖6：圖左邊為大金FEP溫度與介電常數(shù)的關系；圖右邊為大金FEP介電損耗隨溫度的變化]

[圖7：圖左邊為大金FEP薄膜厚度與絕緣擊穿電壓的關系；中間圖為大金FEP絕緣擊穿時間與強度的關系；圖右邊為FEP體積電阻率隨溫度的變化]

三：大金熔融氟樹脂ETFE優(yōu)異的電氣絕緣性

介電性能	ETFE是一種具有很好高頻絕緣性能的材料。（如果是交聯(lián)ETFE原料，制品輻照后，那介電性能發(fā)生天翻地覆的變化。有關交聯(lián)X-ETFE電氣性及輻照性等需要了解更多請咨詢上海勁孚化工，我們也有專門這塊的知識儲備。）
電阻	在溫度接近室溫的情況下，ETFE的體積電阻率高達10¹⁷ΩNaN,但是在高溫條件下，體積電阻率會降低。另外，ETFE的表面電阻在10¹⁴Ω。
介電擊穿	ETFE在35μm厚的薄膜中每0.1mm絕緣擊穿強度不小于12KV。另外ETFE具有較高的抗沖擊性并且是優(yōu)秀的電線包覆用材料。